CN113090800A - 一种具有自动断流功能的机械式阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可应用于化工物料生产过程中的具有自动断流功能的机械式阀门，包括阀体、阀座、阀芯、弹性件、气动机构以及磁铁；阀座和阀芯设置在阀体内，阀芯用于与阀座抵触以关闭阀门；弹性件驱使阀芯与阀座保持间距；气动机构包括缸筒、活塞、活塞杆以及管体，缸筒设置在阀体内，活塞设置在缸筒内，活塞杆的两端分别与活塞和阀芯相连，管体的一端与缸筒的内腔连通，另延伸至阀体之外；磁铁设置在阀芯背离阀座的一侧；初始状态时，阀芯被吸附在磁铁上，当从管体进入到缸筒内的气体量达到一定程度时，气体的气压会促使阀芯与磁铁脱离然后迅速贴合在阀座上。运用本阀门后，阀门断流是瞬间发生的，因此不会出现断流过程中流量越来越小的情况。

Description

一种具有自动断流功能的机械式阀门

技术领域

本发明涉及阀门领域，尤其涉及一种具有自动断流功能的机械式阀门。

背景技术

当通过管道向池子或容器内放入水或其他液体物料时，通常需要有人守候在一旁，等待液体到达指定位置时，然后关断阀门，停止放液。

例如，在化工物料生产过程中，经常需要将物料放入容器内进行储存，此过程中需要有专人在一旁守候，一旦物料放满便关闭阀门，但是当储存物料的容器体积比较大时，放料的时间就会比较长，因此工人在一旁守候的时间就会非常长；

又例如，当向游泳池内放入水时，由于游泳池的体积非常大，因此需要比较长的时间池子里的水才能达到指定高度，在这一过程中，同样需要有工作人员守在一旁，随时留意池内的水量，以防超过指定高度。

可见，在上述这类情况下，不仅会耽误工作人员正常进行其他工作，而且这名工作人员在守候时也不能产生任何劳动价值。若能根据容器(或池子)内的水量来自动切断阀门的话，这名工作人员便能得到“解放”，可以去进行其他工作，无需再守候在池子或容器一旁。

对此，发明人申请了一种可以安装在出液口处的阀门(申请号为202110369425X)，其能在容器(或池子)内的液体量到达指定深度时自动关闭，达到自动断流的目的。但是在后续的分析中，发明人发现该阀门存在如下不足之处：很大程度上，液体流经阀门的流量是由阀芯和阀座之间的间距所决定的，因此在阀芯朝向阀座移动的过程中，由于两者的间距会越来越小，所以便会出现越到后期，阀门流量越小的情况，也即，随着容器(或池子)内液体的增多，阀芯会逐渐向阀座靠拢，因此阀门的流量会逐渐变小，这样最终导致的结果就是，放液的时间会被拖长，需要更长的时间液体才能达到指定深度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动断流功能的机械式阀门，其安装在容器(或池子)的顶部后并组装好相应的部件后，阀芯能在容器(或池子)内的液体到达指定深度时迅速关闭，避免出现上述阀芯逐渐关闭过程中越到后期，流量越小的情况。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有自动断流功能的机械式阀门，其包括：

阀体，一端为进液端，另一端为出液端；

阀座，设置在所述阀体的内腔中；

阀芯，设置在所述阀体的内腔中，用于与所述阀座抵触以阻断所述阀体的进液端和出液端的连通，且所述阀芯由铁磁性材料制成；

弹性件，用于对阀芯赋予作用力，驱使阀芯向背离阀座的一侧移动；

气动机构，所述气动机构包括缸筒、活塞、活塞杆以及管体；所述缸筒设置在所述阀体内腔中且位于阀座背离阀芯的一侧，缸筒轴向方向上的一端被封闭，为第一端；所述活塞设置在缸筒内，活塞通过第一密封圈与缸筒的内腔密封贴合；所述活塞杆沿所述缸筒的轴向布置，活塞杆的一端与所述活塞相连，另一端与所述阀芯相连；所述管体的一端与所述缸筒的内腔连通，且连通处位于所述活塞与所述缸筒的第一端之间，管体的另一端有敞口且位于所述阀体之外；

磁铁，设置在所述阀体的内腔中，且位于阀芯背离阀座的一侧；

定义缸筒内活塞与第一端之间的区域为第一区域；当所述第一区域内的气压值小于预定气压值时，所述阀芯被吸附在所述磁铁上，同时，此时阀芯与所述阀座有间距；当所述第一区域内的气压超过预定气压值时，第一区域内的气压对所述活塞赋予的作用力会驱使所述阀芯克服所述磁铁的吸力而与磁铁脱离，并且阀芯与磁铁脱离后，在第一区域内的气压的作用下，活塞会压缩所述弹性件，阀芯会立即移动至与所述阀座相抵触的位置；其中，所述的预定气压值比标准大气压大。

上述技术方案中，由于增设了磁铁，且初始状态时，阀芯是吸附在磁铁上的，所以当第一区域内的气压逐步增大时，阀芯并不会立刻移动，只有当第一区域的气压累积到一定程度时(即超过所述的预定气压值时)，阀芯才会与磁铁脱离，而阀芯一旦与磁铁脱离，磁铁对阀芯的吸力会大幅减小，同时由于第一区域累积的气压已经比较大了，所以此时弹性件无法撑住活塞，活塞会快速移动并压缩弹性件，最终，阀芯会在活塞的带动下移动至与阀座相抵触的位置。

即，在第一区域内气压逐渐增大的过程中，由于阀芯是被磁铁吸附住的，所以前期阀芯是不会移动的，因此阀门的流量不会发生变化，只有当第一区域内的气压增大到超过预定气压值时，阀芯才会与磁铁脱离，脱离后，阀芯会迅速移动后抵紧在阀座上，达到断流的目的，所以断流是瞬间发生的，不会出现断流过程中流量逐渐变小的情况。

因此相较于申请号为202110369425X的专利而言，将本发明的阀门安装在容器(或池子)顶部时，当容器(或池子)内的液体达到一定深度时阀门会瞬间关闭，而在关闭之前阀门的流量是固定不变的，因此不会出现容器(或池子)内液体越深，流量越小的情况，也因此，放液时时长是不会被拖长的。

进一步的，所述缸筒轴向方向上的另一端为第二端，第二端也被封闭；其中，所述第一端位于缸筒靠近阀座的一侧，所述第二端位于缸筒远离阀座的一侧。

进一步的，所述活塞杆轴向贯穿所述缸筒的第一端，且在贯穿处由设置在第一端上的密封环实现可活动的密封连接。

这样的密封结构属于成熟技术，可借鉴现有技术中气缸的活塞杆与端盖之间密封的方式。

优选的，所述的弹性件为压簧，其设置在所述缸筒的内腔中，且当所述阀芯吸附在所述磁铁上时，弹性件的一端与所述活塞相抵，另一端与所述缸筒的第二端相抵。

进一步的，定义所述磁铁对所述阀芯的吸力为N₁，同时定义所述弹性件对所述活塞的作用力为N₂；当所述阀芯被吸附在所述磁铁上时，此时所述的N₁≥2N₂。

进一步的，当所述阀芯被吸附在所述磁铁上时，此时所述的N₁＝4N₂。

上述进一步的技术方案中，由于阀芯与磁铁脱离时，N₁会迅速减小，而此前N₁又比N₂大很多，所以一旦阀芯脱离磁铁后，活塞两侧的作用力会立即失衡并且差值较大(即，第一区域内的气压对活塞的作用力会远大于此时的N₁+N₂)，因此活塞会快速移动，直至移动至与阀座相抵触的位置。

进一步的，所述磁铁由支撑件固定在所述阀体内腔的中心线上。

进一步的，所述阀体的进液端设置有一段第一螺纹。

第一螺纹可以是位于阀体上的外螺纹，也可时内螺纹，其用于使阀体与供液管道实现相连。

进一步的，所述管体远离缸筒的一端设置有一段第二螺纹。

第二螺纹可以是位于管体上的外螺纹，也可时内螺纹，其用于使管体与下方的延伸管实现相连。

进一步的，所述阀芯在靠近阀座的一侧设置有第二密封圈，所述第二密封圈用于在阀芯与阀座相抵触时对两者的间隙进行密封。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中A-A向的断面视图；

图3是图1中阀芯抵触在阀座上时的示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图；

图5是本发明实施例3的结构示意图；

图6是图5中虚线框内的放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

参见图1-图3所示，本发明提供了一种具有自动断流功能的机械式阀门1，其包括阀体11、阀座12、阀芯13、弹性件14、气动机构15以及磁铁16。

阀体11，一端为进液端111，另一端为出液端112。

阀座12，设置在所述阀体11的内腔中。

阀芯13，设置在所述阀体11的内腔中，用于与所述阀座12抵触以阻断所述阀体11的进液端111和出液端112的连通，且所述阀芯13由铁磁性材料制成。

弹性件14，用于对阀芯13赋予作用力，驱使阀芯13向背离阀座12的一侧移动；

气动机构15，所述气动机构15包括缸筒151、活塞152、活塞杆153以及管体154；所述缸筒151设置在所述阀体11内腔中且位于阀座12背离阀芯13的一侧，缸筒151轴向方向上的一端被封闭，为第一端151a；所述活塞152设置在缸筒151内，活塞152通过第一密封圈152a与缸筒151的内腔密封贴合；所述活塞杆153沿所述缸筒151的轴向布置，活塞杆153的一端与所述活塞152相连，另一端与所述阀芯13相连；所述管体154的一端与所述缸筒151的内腔连通，且连通处位于所述活塞152与所述缸筒151的第一端151a之间，管体154的另一端有敞口154a且位于所述阀体11之外。

磁铁16，设置在所述阀体11的内腔中，且位于阀芯13背离阀座12的一侧。

定义缸筒151内活塞152与第一端151a之间的区域为第一区域D，定义所述磁铁16对所述阀芯13的吸力为N₁，定义所述弹性件14对所述活塞152的作用力为N₂，同时定义所述第一区域D内的气压对所述活塞152作用力为F；在初始状态时，第一区域D内的气压值小于预定气压值时，此时阀芯13被吸附在磁铁16上，此时F＜N₁+N₂，同时N₁≥2N₂，同时此时阀芯13与所述阀座12有间距，即阀门1是打开的；当第一区域D内的气压超过预定气压值时，此时F＞N₁+N₂，因此阀芯13会克服磁铁16的吸力而与磁铁16脱离，而阀芯13与磁铁16脱离后，由于N₁会迅速减小，因此此时活塞152两侧的作用力会完全失衡，F会比N₁+N₂大很多，所以在F的作用下，活塞152会快速压缩弹性件14，阀芯13则会快速向阀座12一侧移动直至阀芯13抵紧在阀座12上，同时还需要保证阀芯13抵紧在阀座12上时，F是大于N₂的。

其中，所述的预定气压值比标准大气压大，该预定气压值具体需要依据阀门1所应用的场景来等因素来确定，例如容器内欲放入的液体越深，该预定气压值就要越大。

优选的，当所述阀芯13被吸附在所述磁铁16上时，此时所述的N₁＝4N₂。

优选的，当所述阀芯13抵触在所述阀座12上时，此时，F＞N₂，同时，阀芯12已经脱离磁铁16的磁场区，因此N₁＝0。

进一步的，所述缸筒151轴向方向上的另一端为第二端151b，第二端151b也被封闭；其中，所述第一端151a位于缸筒151靠近阀座12的一侧，所述第二端151b位于缸筒151远离阀座12的一侧。

进一步的，所述活塞杆153轴向贯穿所述缸筒151的第一端151a，且在贯穿处由设置在第一端151a上的密封环151c实现可活动的密封连接。

进一步的，所述的弹性件14为压簧，其设置在所述缸筒151的内腔中，且弹性件14的一端始终与所述活塞152相抵，另一端始终与所述缸筒151的第二端151b相抵。

进一步的，所述磁铁16由支撑件17固定在所述阀体11内腔的中心线上。支撑件17包括四个杆件，各杆件的一端与阀体11的内壁固定，另一端与磁铁16固定。

进一步的，所述阀体11的进液端111设置有一段第一螺纹113，所述管体154远离缸筒151的一端设置有一段第二螺纹154b。第一螺纹113为设置在阀体11内壁上的内螺纹，其用于使阀体11与供液管道实现相连，第二螺纹154b为设置在管体154内壁的上的内螺纹，其用于使管体154与下方的延伸管实现相连。

进一步的，所述阀芯13在靠近阀座12的一侧设置有第二密封圈131，所述第二密封圈131用于在阀芯13与阀座12相抵触时对两者的间隙进行密封。

参见图5，本实施例的阀门1安装时，需要将其装在容器本体2的顶部，然后在管体154下方连接一根延伸管3，并使延伸管3向容器本体2内延伸并且延伸至靠近容器本体2底部的位置，延伸管3的底部具有开口。之后，将阀体11的进液端111与供液管道6相连，供液管道6的前端设置一个供液阀7，同时让从阀体11出液端112流出的液体能够流入容器本体2内。另外，同时还要保证，当容器本体2内的液体量到达预定深度时，阀门1第一区域D内的气压刚好等于预定气压值。

使用时，打开供液管道6的供液阀7，此时由于初始状态时阀芯13是吸附在磁铁16上的，因此阀芯13与阀座12之间有间距，所以液体可以直接流经阀门1，然后流入容器本体2内。当流入容器本体2内的液体逐渐增多时，会有部分液体从延伸管3的底部进入到延伸管3内部，随着容器本体2内的液体越来越深时，延伸管3管底开口处的压强也会越来越大，因此进入延伸管3内的液体就会越来越多，延伸管3内的液面便会逐渐升高，因此延伸管3内液面上方的空间会被逐渐压缩(参见图6)，而由于该空间是密闭的，同时该空间又与阀门1的第一区域D连通，因此第一区域D的气压会越来越大，当该气压增大到一定程度时(即超过所述的预定气压值时)，阀芯13便会与磁铁16脱离然后迅速贴合在阀座12上(参见图3)，此时阀门1便会阻断液体流动，实现了自动断流的功能，断流时，容器本体2内的液体量恰好为预定深度。

可见，当向容器本体2内放入液体时，工作人员可以去进行其他工作，不用守在一旁等待关闭阀门，待阀门1自动关闭后，工作人员随时再去将供液管道6的供液阀7关闭即可。

相较于申请号为202110369425X的专利而言，本发明的阀门1在实现自动断流的过程中，断流前流量是固定不变的，断流又是瞬间发生的，因此不会出现容器本体2内液体越深，阀门1流量就越小的情况。以下对此进行更详细的说明：

由于设置了磁铁16，且初始状态时，阀芯13是吸附在磁铁16上的，所以当第一区域D内的气压逐步增大时，阀芯13并不会立刻移动，只有当第一区域D的气压累积到一定程度时(即超过所述的预定气压值时)，此时F＞N₁+N₂，阀芯12才会克服磁铁16的吸力，然后与磁铁16脱离，而我们知道，磁铁所形成的磁场在距离磁极表面越远时是越弱的，因此阀芯13一旦与磁铁16脱离，磁铁16对阀芯13的吸力就会迅速减弱，即N₁会迅速减小，但由于此前第一区域D内累积的气压已经比较大了，所以此时活塞152两侧的作用力会迅速失衡且差值比较大，即F会比N₁+N₂大很多，因此弹性件14无法再支撑住活塞152，活塞152便会快速移动并压缩弹性件14，最终，阀芯13会在活塞152的带动下快速移动至与阀座12相抵触的位置，同时，由于此时F＞N₂，并且阀芯12已经脱离了磁铁16的磁场区，即N₁＝0，所以阀芯13会紧紧的抵靠在阀座12上。即，在第一区域D内气压逐渐增大的过程中，由于阀芯13是被磁铁16吸附住的，所以前期阀芯13是不会移动的，因此阀门1的流量不会发生变化，只有当第一区域D内的气压增大到超过预定气压值时，阀芯13才会与磁铁16脱离，然后迅速移动后抵紧在阀座12上，达到断流的目的，所以断流是瞬间发生的，不会出现断流过程中流量逐渐变小的情况。

技术人员在设计阀门1的具体尺寸时，需要根据容器本体2内欲加入的液体深度以及阀门1相应部位的尺寸来计算出所述的预定气压值，然后再选择合适的弹性件14和磁铁16即可达到精准控制，即，液体达到指定深度后，阀芯13就会立即关闭。

其中，本阀门1中弹性件14的作用是：当第一区域D内的气压恢复时(比如容器本体2内的液体排出后或者阀门1从容器本体2上拆下时)，弹性件14能够将阀芯13向磁铁16一侧推动，使阀芯13移动到磁铁16的磁场范围内，然后被磁铁16吸附住，以使阀芯13重新恢复到打开状态。

实施例2：

参见图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：弹性件14也是压簧并位于缸筒151内，但是弹性件14的一端是固定在缸筒151的第二端151b上的，另一端是自由端，未与活塞152相连，并且当阀芯13吸附在磁铁16上时，弹性件14的自由端与活塞152之间保持有间距，该间距通常大于等于2cm。

这样做的目的是：

在实施例1中，当阀芯13与磁铁16脱离时，活塞152会立即对弹性件14造成挤压，而弹性件14受挤压后，所述的N₂会增大，因此会对活塞152和阀芯13的移动造成一定程度的阻碍，如果此时阀芯13没有迅速脱离磁铁16的强磁场区的话，N₁就不会迅速减小，所以可能就会出现阀芯13恒定在阀座12和磁铁16之间的情况，这便导致阀芯13无法迅速关闭，只有随着容器本体2内的液位继续升高，第一区域D内压力继续增大后，阀芯13才能脱离强磁场区，然后迅速关闭；所以为了避免这类情况发生，本实施例中发明人特意使弹性件14与活塞152之间保持有一定的间距，这样，当阀芯13与磁铁16脱离时，弹性件14不会立刻对活塞152产生作用力，只有当阀芯13离开磁铁16一定距离后，才会接触到弹性件14，而此时阀芯13可能已近脱离磁铁16的强磁场区了，因此阀芯13在接触到弹性件14后，N₁已近非常小了，而F又是远大于N₂的，所以活塞152会迅速压缩弹性件14，因此阀芯13可以迅速关闭，便不会出现阀芯13恒定在阀座12和磁铁16之间的情况。

实施例3：

参见图5和图6所示，本实施例提供了一种容器，其包括容器本体2和实施例1或实施例2的阀门1。其中，所述的阀门1架设在容器本体2的顶部，阀门1的管体154的下方衔接有一根延伸管3，该延伸管3延伸至容器本体2内靠近底部的位置。

更具体的，阀门1的管体154通过第一衔接头4与延伸管3实现连接，第一衔接头4两端都有螺纹，能分别与管体154和延伸管3进行连接；阀门1阀体11的进液端111通过第二衔接头5与供液管道6实现连接，第二衔接头5的两端都有螺纹，能分别与阀体11和供液管道6进行连接；供液管道6的前端设置有供液阀7。

本实施例使用时的操作步骤和工作原理可参照实施例1，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，包括：

阀体(11)，一端为进液端(111)，另一端为出液端(112)；

阀座(12)，设置在所述阀体(11)的内腔中；

阀芯(13)，设置在所述阀体(11)的内腔中，用于与所述阀座(12)抵触以阻断所述阀体(11)的进液端(111)和出液端(112)的连通，且所述阀芯(13)由铁磁性材料制成；

弹性件(14)，用于对阀芯(13)赋予作用力，驱使阀芯(13)向背离阀座(12)的一侧移动；

气动机构(15)，所述气动机构(15)包括缸筒(151)、活塞(152)、活塞杆(153)以及管体(154)；所述缸筒(151)设置在所述阀体(11)内腔中且位于阀座(12)背离阀芯(13)的一侧，缸筒(151)轴向方向上的一端被封闭，为第一端(151a)；所述活塞(152)设置在缸筒(151)内，活塞(152)通过第一密封圈(152a)与缸筒(151)的内腔密封贴合；所述活塞杆(153)沿所述缸筒(151)的轴向布置，活塞杆(153)的一端与所述活塞(152)相连，另一端与所述阀芯(13)相连；所述管体(154)的一端与所述缸筒(151)的内腔连通，且连通处位于所述活塞(152)与所述缸筒(151)的第一端(151a)之间，管体(154)的另一端有敞口(154a)且位于所述阀体(11)之外；

磁铁(16)，设置在所述阀体(11)的内腔中，且位于阀芯(13)背离阀座(12)的一侧；

定义缸筒(151)内活塞(152)与第一端(151a)之间的区域为第一区域(D)；当所述第一区域(D)内的气压值小于预定气压值时，所述阀芯(13)被吸附在所述磁铁(16)上，同时，此时阀芯(13)与所述阀座(12)有间距；当所述第一区域(D)内的气压超过预定气压值时，第一区域(D)内的气压对所述活塞(152)赋予的作用力会驱使所述阀芯(13)克服所述磁铁(16)的吸力而与磁铁(16)脱离，并且阀芯(13)与磁铁(16)脱离后，在第一区域(D)内的气压的作用下，活塞(152)会压缩所述弹性件(14)，阀芯(13)会立即移动至与所述阀座(12)相抵触的位置；其中，所述的预定气压值比标准大气压大。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述缸筒(151)轴向方向上的另一端为第二端(151b)，第二端(151b)也被封闭；其中，所述第一端(151a)位于缸筒(151)靠近阀座(12)的一侧，所述第二端(151b)位于缸筒(151)远离阀座(12)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述活塞杆(153)轴向贯穿所述缸筒(151)的第一端(151a)，且在贯穿处由设置在第一端(151a)上的密封环(151c)实现可活动的密封连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述的弹性件(14)为压簧，其设置在所述缸筒(151)的内腔中，且当所述阀芯(13)吸附在所述磁铁(16)上时，弹性件(14)的一端与所述活塞(152)相抵，另一端与所述缸筒(151)的第二端(151b)相抵。

5.根据权利要求4所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，定义所述磁铁(16)对所述阀芯(13)的吸力为N₁，同时定义所述弹性件(14)对所述活塞(152)的作用力为N₂；当所述阀芯(13)被吸附在所述磁铁(16)上时，此时所述的N₁≥2N₂。

6.根据权利要求5所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，当所述阀芯(13)被吸附在所述磁铁(12)上时，此时所述的N₁＝4N₂。

7.根据权利要求1所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述磁铁(16)由支撑件(17)固定在所述阀体(11)内腔的中心线上。

8.根据权利要求1所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述阀体(11)的进液端(111)设置有一段第一螺纹(113)。

9.根据权利要求1所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述管体(154)远离缸筒(151)的一端设置有一段第二螺纹(154b)。

10.根据权利要求1所述的一种具有自动断流功能的机械式阀门，其特征在于，所述阀芯(13)在靠近阀座(12)的一侧设置有第二密封圈(131)，所述第二密封圈(131)用于在阀芯(12)与阀座(13)相抵触时对两者的间隙进行密封。

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